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摘 要

陶瓷膜有分离性能好、操作简便、稳定性能好、耐酸碱等有机溶剂、抗污染等众多优点，其也被广泛应用到食品、生物、医药、化工等众多领域。然而由于陶瓷膜的表面缺乏活性基团，无法直接在陶瓷膜表面引入有效物质。因此，首先必须对氧化铝陶瓷膜表面进行改性，即引入活性基团。有机硅烷偶联剂即是一种很好的无机物质的表面改性剂。

采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTS）有机硅烷偶联剂作为氧化铝陶瓷膜的表面改性剂。APTS的通用性很强，本实验通过溶液聚合法，对 氧化铝陶瓷膜表面硅烷化改性，在陶瓷膜表面引入活性基团-氨基，为能在陶瓷膜表面负载有效物质奠定基础。APTS中的（-OCH₃）发生水解生成羟基后与氧化铝陶瓷膜表面的羟基发生缩合反应，陶瓷膜表面即引入了活性基团-氨基。采用接触角（CA）、红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）、扫描电镜（SEM）、能谱（EDX）对陶瓷膜进行表征，考察硅烷化前后膜的性能的改变。

通过对陶瓷膜的疏水化处理，陶瓷膜表面由亲水性转变为了疏水性，接触角也由原来的53.9°增大到处理后的122.1°。

关键词：硅烷化，陶瓷膜，疏水

Hydrophobic modification of ceramic membrane

ABSTRACT

Ceramic membrane has good separation performance, simple operation, stable performance, acid and alkali resistance and other organic solvents, anti pollution and many other advantages. It is widely applied to many food, biological, pharmaceutical, chemical and other fields. However, due to the lack of active groups in the surface of the ceramic membrane, the material can not be directly introduced into the ceramic membrane.. Therefore, the surface of the alumina ceramic membrane should be modified firstly, that is, the active group is introduced.. Organic silane coupling agent is a good surface modifier for inorganic substances..

By doing research we decided to use 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) organic silane coupling agent as alumina ceramic membrane surface modifier. APTS have a strong versatility, we use method called solution polymerization to change character of surface silicon of alumina ceramic film, we introduced an active group called Amino to lay the foundation for the effective material load on the ceramic membrane surface. Reaction mechanism: the (-OCH3) in APTS have a condensation reaction of hydroxyl groups with the surface of alumina ceramic membrane after hydrolysis of the hydroxyl group, so ceramic film surface have an active group amino group. We characterized ceramic membrane by CA, FIRT ,TGA, SEM, EDX, to investigate the change of the properties of the film before and after the silane.

Keywords: Silylation Ceramic membrane, Hydrophobic

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.2 多孔陶瓷膜 1

1.2.1无机陶瓷膜的发展状况 1

1.2.1.1无机陶瓷膜在国外的发展状况 2

1.2.1.2无机陶瓷膜在国内的发展状况 2

1.2.2无机陶瓷膜在水处理方面的应用 2

1.2.2.1在饮用水净化方面的应用 2

1.2.2.2在工业废水处理方面的应用 2

1.2.2.3在化工和冶金废水处理中的应用 2

1.2.2.4在生活污水处理中的应用 3

1.3 陶瓷膜的渗透性 3

1.3.1造孔剂法 3

1.3.2模板剂法 3

1.3.3溶胶－凝胶技术 4

1.3.4修饰技术 4

1.4陶瓷膜有机硅疏水改性原理 4

第二章 实验材料与方法 6

2.1 实验部分 6

2.1.1 仪器与试剂 6

2.2 实验方法 7

2.2.1 氧化铝陶瓷膜片的制备及孔径分布 7

2.2.2 陶瓷膜硅烷化改性 7

2.2.3 膜的表征 7

2.3陶瓷膜改性条件研究 8

2.3.1 反应时间对接触角的影响 8

2.3.2 反应温度对接触角的影响 8

2.3.3偶联剂浓度对接触角的影响 9

第三章 实验结果与讨论 11

3.1 硅烷化改性前后膜的表征 11

3.1.1 接触角（CA） 11

3.1.2 红外光谱（FTIR） 11

3.1.3热重分析（TGA） 12

3.1.4 SEM电镜图及EDX分析 13

第四章 结论与展望 14

参考文献 15

致谢 17

文献综述

1.1研究背景

因为水污染日益严重和水资源的一天天枯竭，因此人们对污水深度处理和循环再利用的要求随之也越来越高。水处理过程中，膜技术的应用越来越广泛，已扮演了相当重要的角色。首先得到应用是有机膜，在很多方面它有独到的优点^[1],比如有韧性、各种大小粒子的分离都适应、制备相对而言比较简单、容易成型、工艺较成熟等优点。但也有一些自身无法克服的缺点：热稳定性差、抗腐蚀性差，使用寿命短、容易堵塞、并且不易清洗等。20世纪80年代以来，已逐渐引起关注的是无机膜的研发。美国BCC 统计结果显示，2005 年全世界膜市场的消费量为70亿美元，而无机膜约占20%；在无机膜中，应用超过80%是陶瓷膜，并以每年35%的速度飞速增长，在石化、食品、医药、能源、资源、环境等领域发挥了重要作用。而作为一种新型无机膜分离技术陶瓷膜过滤，已成为国内外竞相研究开发的热点之一在废水处理和再利用。膜技术是一种新型高效分离技术^[2]，因为节约能源和环境友好的特征成为解决全球能源、环境、水资源等重大问题的共性支撑技术之一。

1.2 多孔陶瓷膜

因为多孔陶瓷膜具有优异的材料稳定性^[3]，所以在石油和化学工业、医药、冶金等过程工业众多领域获得了广泛的关注，因为这些优点，在膜领域发展中，最迅速、最具应用前景的膜材料之一当是陶瓷膜。多孔陶瓷膜制备技术研究以提高陶瓷膜整体性能为导向，实现陶瓷膜制备技术的突破方法是通过对陶瓷膜微结构的调控，经过多年的发展，现已形成以固态粒子烧结技术、溶胶－凝胶技术等传统陶瓷膜制备技术为基础，造孔剂法、模板剂法、修饰技术等陶瓷膜制备新技术蓬勃发展的新态势。这些方法互相借鉴互相融合，对提高膜性能，降低膜的制造成本起到了促进作用，在一部分程度上也进一步促进了对膜制备过程的定量控制的作用，正因为如此，陶瓷膜制备技术已从经验为主推进到定量控制的水平，从而推动了陶瓷膜产品的工业化发展。

1.2.1无机陶瓷膜的发展状况

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